特開 2023-142677 汚水の凝集状態の監視装置、および監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142677

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】汚水の凝集状態の監視装置、および監視方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/82 20060101AFI20230928BHJP

   B01D 21/30 20060101ALI20230928BHJP

   B01D 21/01 20060101ALI20230928BHJP

   C02F 1/00 20230101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

G01N21/82

B01D21/30 Z

B01D21/01 A

C02F1/00 V

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022049695

(22)【出願日】2022-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】591030651

【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】マハズン ヤヒヤ

(72)【発明者】

【氏名】森田 智之

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 光記

(72)【発明者】

【氏名】森本 雄也

【テーマコード（参考）】

2G054

【Ｆターム（参考）】

2G054AA02

2G054AA03

2G054AB10

2G054BA02

2G054BB10

2G054CD01

2G054CE08

2G054EA04

2G054EA05

2G054EA09

2G054EB03

2G054FA08

2G054FA12

2G054FA32

2G054FA33

2G054FB02

2G054FB03

2G054FB08

2G054GA03

2G054GA05

2G054GB03

2G054GB10

2G054JA01

2G054JA02

2G054JA07

(57)【要約】

【課題】簡単な機構で、汚水の凝集状態を長期間正確に監視できる監視装置を提供する。
【解決手段】監視装置は、凝集装置の凝集混和槽の下流側から引き抜くか、または凝集混和槽から直接引き抜いた汚水の凝集状態を監視する。監視装置は、汚水の光学的測定値を測定する光学的測定装置３と、光学的測定値を数値解析して、数値解析値を出力する数値解析装置５と、を備える。光学的測定装置３は、汚水を下方に向けて大気中に流下させるノズル３０と、ノズル３０から流下された汚水に光を照射して光学的測定値を取得する光学センサ３５と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

凝集装置の凝集混和槽の下流側から引き抜くか、または前記凝集混和槽から直接引き抜いた汚水の凝集状態を監視する監視装置であって、
前記汚水の光学的測定値を測定する光学的測定装置と、
前記光学的測定値を数値解析して、数値解析値を出力する数値解析装置と、を備え、
前記光学的測定装置は、
汚水を下方に向けて大気中に流下させるノズルと、
前記ノズルから流下された汚水に光を照射して光学的測定値を取得する光学センサと、を備えている、監視装置。

【請求項2】

前記数値解析値に基づいて、前記汚水の凝集状態の良否を判定する判定装置をさらに備える、請求項１に記載の監視装置。

【請求項3】

前記ノズルから流下された汚水を、前記凝集混和槽に戻すリターンラインをさらに備える、請求項１または２に記載の監視装置。

【請求項4】

前記ノズルは、
前記汚水の流路が形成されたノズル本体と、
前記汚水の流路の先端に連結された前記汚水の吐出流路が形成された吐出部と、を備え、
前記吐出流路は、前記流路の直径よりも小さい直径を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の監視装置。

【請求項5】

前記吐出流路の直径は、５～３０ｍｍの範囲にある、請求項４に記載の監視装置。

【請求項6】

前記光学センサは、前記ノズルの吐出口の近傍に配置され、前記ノズルから吐出された直後の汚水に光を照射する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の監視装置。

【請求項7】

凝集装置の凝集混和槽の下流側から引き抜くか、または前記凝集混和槽から直接引き抜いた汚水の凝集状態を監視する監視方法であって、
ノズルから汚水を下方に向けて大気中に流下させ、
前記流下された汚水に光学センサから光を照射して光学的測定値を取得し、
前記光学的測定値を数値解析して、数値解析値を取得する、監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚水の凝集状態の監視装置、および監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

排水処理施設や浄水処理施設などの各種施設における汚水処理の適切な運転管理を行うためには、汚水の性状（例えば、色調、濁度、透明度、懸濁物質の濃度、および懸濁物質の凝集状態）を正確に把握する必要がある。例えば、汚水の性状に基づいて、汚泥などの汚水への適切な凝集剤注入量が決定される。そのため、従来から、光学的測定装置を用いて光学的測定値を取得し、該光学的測定値から汚水の性状を示す数値解析値を算出している。例えば、特許文献１には、撹拌機から排出された汚水の光学的測定値を光学的測定装置を用いて取得し、得られた光学的測定値から算出された数値解析値に基づいて適切な凝集剤の注入率を決定する凝集方法が記載されている。

【0003】

この凝集方法では、光学的測定値を得るために、撹拌機から排出された原液が流れる配管には、一対の透明窓が設けられており、光学的測定装置は、一方の透明窓に向けて光を照射する投光部と、他方の透明窓から出てくる光を受ける光検出器を備えている。一対の透明窓は、光学的測定装置の測定用窓（光透過部）として機能する。

【0004】

また、特許文献２に記載の凝集剤注入制御方法では、脱水機に連結された原液供給管中を流れるフロックを、光学的測定装置であるテレビカメラで撮影し、得られたフロック画像からフロック１個当たりの解析面積を積算する。次いで、得られた解析面積を所定の基準面積と比較することでフロックの形成状況を入手し、得られたフロックの形成状況に基づいて凝集剤注入率を制御している。特許文献２に記載の方法でも、テレビカメラが撮像するための検視窓が原液供給配管に設けられている。この検視窓も、光学的測定装置の測定用窓（光透過部）として機能する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１６／６４１９号公報

【特許文献2】特開２００５－７３３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一対の透明窓、または検視窓のような光学的測定装置の光透過部が設けられた配管には、撹拌機で凝集剤と混合されることで形成されたフロック、およびフロックの形成に使用されなかった余剰の凝集剤などの異物を含む汚水が流れる。そのため、光透過部が異物により汚染されることがあり、この場合、光学的測定装置が正確な光学的測定値を得ることが困難となる。したがって、光透過部を定期的に清掃する必要が生じる。

【0007】

光透過部の清掃を行うためには、光学的測定装置を停止させなければならず、作業員の負担も増加するため、光透過部の清掃頻度は重要な課題である。また、作業員の負担を軽減するために、光学的測定装置に、光透過部を自動で清掃可能な機構を設けると、光学的測定装置が複雑化するとともに、コストが増大する。

【0008】

そこで、本発明は、簡単な機構で、汚水の凝集状態を長期間正確に監視できる監視装置、および監視方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

一態様では、凝集装置の凝集混和槽の下流側から引き抜くか、または前記凝集混和槽から直接引き抜いた汚水の凝集状態を監視する監視装置であって、前記汚水の光学的測定値を測定する光学的測定装置と、前記光学的測定値を数値解析して、数値解析値を出力する数値解析装置と、を備え、前記光学的測定装置は、汚水を下方に向けて大気中に流下させるノズルと、前記ノズルから流下された汚水に光を照射して光学的測定値を取得する光学センサと、を備えている監視装置が提供される。

【0010】

一態様では、前記監視装置は、前記数値解析値に基づいて、前記汚水の凝集状態の良否を判定する判定装置をさらに備える。
一態様では、前記監視装置は、前記ノズルから流下された汚水を、前記凝集混和槽に戻すリターンラインをさらに備える。

【0011】

一態様では、前記ノズルは、前記汚水の流路が形成されたノズル本体と、前記汚水の流路の先端に連結された前記汚水の吐出流路が形成された吐出部と、を備え、前記吐出流路は、前記流路の直径よりも小さい直径を有する。
一態様では、前記吐出流路の直径は、５～３０ｍｍの範囲にある。
一態様では、前記光学センサは、前記ノズルの吐出口の近傍に配置され、前記ノズルから吐出された直後の汚水に光を照射する。

【0012】

一態様では、凝集装置の凝集混和槽の下流側から引き抜くか、または前記凝集混和槽から直接引き抜いた汚水の凝集状態を監視する監視方法であって、ノズルから汚水を下方に向けて大気中に流下させ、前記流下された汚水に光学センサから光を照射して光学的測定値を取得し、前記光学的測定値を数値解析して、数値解析値を取得する監視方法が提供される。

【発明の効果】

【0013】

光学的測定装置は、ノズルから流下させた汚水に直接光を照射するといった簡単な機構で光学的測定値を取得することができる。すなわち、汚水中の異物によって汚染される光透過部が光学センサのセンシングゾーンに存在しない。その結果、適切な光学的測定値を得るために従来必要とされた洗浄作業が発生しないので、光学的測定装置は、長期間安定して光学的測定値を取得することができ、数値解析装置は正確な数値解析値を長期間安定して出力することができる。したがって、汚水の凝集状態を長期間安定してリアルタイムに監視することができる

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、一実施形態に係る光学的測定装置が配置された汚水処理装置の一例を示す概略図である。

【図2】図２は、図１に示す光学的測定装置の構成を示す概略図である。

【図3】図３は、図２に示すノズルの近傍を模式的に示す拡大図である。

【図4】図４（ａ）は、凝集剤の注入率が適正ではないために、フロックが原液に形成されていない場合の透過光強度の測定例を示し、図４（ｂ）は、凝集剤の注入率が適正であるために、フロックが原液に形成されている場合の透過光強度の測定例を示す。

【図5】図５は、実験結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る監視装置が配置された汚水処理装置の一例を示す概略図である。図１に示す汚水処理装置は、排水処理施設や浄水処理施設などから排出される汚水（汚泥）を処理するための凝集装置と、凝集装置の撹拌槽から排出された汚水を圧搾して、ろ液とケーキとに分離する脱水機と、を備えている。後述する汚水の凝集状態を監視する監視装置は、凝集装置と脱水機との間に配置されている。この監視装置は、汚水の光学的測定値を取得するための光学的測定装置と、光学的測定装置が取得した光学的測定値を数値解析して、汚水の性状（例えば、色調、濁度、透明度、懸濁物質の濃度、および懸濁物質の凝集状態）を示す数値解析値を算出および出力する数値解析装置と、を備えている。

【0016】

数値解析装置が算出および出力した数値解析値は、例えば、凝集装置の作業員に知らされ、作業員が凝集剤の注入率を決定および／または変更するための助けとなる。一実施形態では、数値解析装置が算出および出力した数値解析値は、例えば、脱水機の作業員に知らされ、作業員が脱水機の運転条件を決定および／または変更する助けとなる。一実施形態では、監視装置は、数値解析装置が算出および出力した数値解析値に基づいて凝集剤の注入率を自動で変更する制御装置を備えていてもよいし、数値解析装置が算出および出力した数値解析値に基づいて脱水機の運転条件を変更する制御装置を備えていてもよい。

【0017】

以下では、汚水の一例である懸濁物質を含む原液を処理する凝集装置と、凝集装置から排出された原液（特に、フロックを含む原液）から液体成分を除去する脱水機と、を備えた汚水処理装置が、監視装置が設けられる設備の一例として説明される。しかしながら、本実施形態に係る監視装置は、他の構成を有する汚水処理装置に配置されてもよい。処理される汚水は、排水処理施設や浄水処理施設などから排出される汚泥、排水処理施設における排水、浄水処理施設における原水などであってもよい。汚泥は、有機性汚泥、無機性汚泥のいずれでもよい。

【0018】

有機性汚泥の例としては、下水処理、し尿処理、各種産業の排水処理において発生する有機性汚泥などを挙げることができる。より具体的には、有機性汚泥の例として、最初沈殿池汚泥、余剰汚泥、嫌気性消化汚泥、好気性消化汚泥、し尿汚泥、浄化槽汚泥、消化脱離液、凝集沈殿汚泥などを挙げることができる。有機性汚泥は無機物を含んでいてもよい。

【0019】

無機性汚泥の例としては、浄水処理、建設工事の排水処理、各種産業の排水処理において発生する無機性汚泥などを挙げることができる。ここで、浄水処理で発生する汚泥とは、浄水処理施設における沈殿池、排泥池、濃縮槽などから排出される汚泥などである。無機性汚泥は有機物を含んでもよい。

【0020】

排水処理施設における排水の例としては、下水、食品産業、飲料水産業、化学産業、機械産業など各種産業の排水などが挙げられる。浄水処理施設における原水の例としては、河川水、湖沼の水、地下水などが挙げられる。

【0021】

さらに、処理される汚水は、排水処理や浄水処理などの処理の過程で調製される水であってもよい。排水処理での汚水の例としては、ｐＨを調整した排水、無機凝集剤を注入した排水、有機凝結剤を注入した排水、金属キレート剤を注入した排水などが挙げられる。また、浄水処理での汚水の例としては、ｐＨを調整した原水、無機凝集剤を注入した原水などが挙げられる。

【0022】

図１に示した凝集装置は、原液貯槽１０および撹拌機１を備えており、凝集装置の撹拌機１は、該撹拌機１から排出される原液が流れる排出配管２８を介して、脱水機の一例であるスクリュープレス６０に接続されている。排出配管は、凝集装置の撹拌槽２からスクリュープレス（脱水機）６０まで延びている。

【0023】

本実施形態では、原液貯槽１０、撹拌機１、およびスクリュープレス６０がこの順に直列に接続されている。後述する監視装置は、撹拌機１から排出された原液に光を照射して光学的測定値を取得する光学的測定装置３を有しており、この光学的測定装置３は、排出配管２８から分岐した分岐ライン７７に連結されている。排出配管２８を流れる汚水の一部が分岐ライン７７を介して光学的測定装置３に供給される。

【0024】

原液貯槽１０には、懸濁物質を含む原液（汚水）が貯留される。撹拌機１は、懸濁物質を含む原液が供給される撹拌槽２と、懸濁物質を含む原液を撹拌する撹拌翼８と、撹拌翼８を回転させる駆動装置としてのモーター９とを備える。撹拌機１の撹拌槽２には、原液貯槽１０から延びる供給元管１８が接続され、供給元管１８には、原液貯槽１０に貯留された原液を所定の流量で撹拌槽２に供給する供給装置７が配置される。供給装置７は、例えば、ポンプ、またはバルブ、またはポンプとバルブの組み合わせである。

【0025】

一実施形態では、撹拌機１としてラインミキサーを用いてもよい。ラインミキサーとは、配管に組み込まれたミキサーである。ラインミキサーの利点はミキサーが密封されているため、ラインミキサーの上流にある原液用ポンプ、および凝集剤用ポンプの２台のポンプがあれば、ラインミキサーの下流に原液を送ることができる点である。一方、撹拌槽２内に撹拌翼８が設置された撹拌機１の場合、撹拌槽上部が開放されているので、撹拌機の下流に液を送るためには、撹拌機の上流にある原液用ポンプ、および凝集剤用ポンプの他に、もう１台ポンプ或いはポンプ相当の機器が必要である。そのため、通常は、ポンプを設置せず、高低差で下流に液を送るのが一般的である。

【0026】

撹拌翼８の回転速度は、懸濁物質を含む原液の種類（例えば、排水や汚泥など）、原液の性状（例えば、ＳＳ（Suspended Solids）濃度、粘度など）、および凝集剤の種類（例えば、無機凝集剤、有機凝結剤、高分子凝集剤など）などに基づいて、１０～１２００ｍｉｎ^－１の範囲で調整する。好ましくは、撹拌翼８の回転速度の範囲は、１０～３００ｍｉｎ^－１である。懸濁物質を含む原液に注入される凝集剤は、撹拌槽２内に注入されてもよいし、撹拌槽２よりも上流側に配置される供給元管１８に注入されてもよい。

【0027】

本実施形態では、凝集剤を貯留する凝集剤貯槽１１が設けられ、凝集剤貯槽１１から延びる凝集剤供給配管２６が撹拌槽２に連結される。凝集剤供給配管２６には、凝集剤注入装置４が配置される。凝集剤注入装置４は、懸濁物質を含む原液に凝集剤を所定の注入率で注入する装置である。凝集剤注入装置４は、例えば、ポンプ、またはバルブ、またはポンプとバルブの組み合わせである。

【0028】

この凝集装置において、懸濁物質を含む原液は、供給装置７により原液貯槽１０から撹拌槽２に供給される。凝集剤は、凝集剤注入装置４により撹拌槽２に供給される。撹拌槽２では、撹拌翼８を１０～１２００ｍｉｎ^－１の範囲の回転速度で回転させて、原液と凝集剤とを混合させ、これにより、懸濁物質のフロックが形成される。なお、凝集剤の注入率によっては、懸濁物質のフロックが形成されない場合がある。すなわち、撹拌機１では、懸濁物質のフロックを形成させるために撹拌翼８が回転させられるが、凝集剤の注入率次第で、懸濁物質のフロックが形成されない場合がある。

【0029】

次に、汚水の凝集状態を監視する監視装置について説明する。本実施形態では、監視装置は、汚水に光を照射して光学的測定値を取得する光学的測定装置３と、該光学的測定装置が取得した光学的測定値を数値解析する数値解析装置５と、数値解析装置５によって算出された数値解析値が送られる制御装置６と、を少なくとも備えている。光学的測定装置３は、撹拌機１で形成されたフロックを含む原液に光を照射して、光学的測定値を得るための装置である。本実施形態では、光学的測定装置３は、フロックを含む原液から出てきた透過光の強度を測定可能な装置である。光学的測定装置３は、透過率、散乱光強度、回折光の強度、回折・散乱光強度、吸光度、反射光の強度などを測定可能な装置であってもよい。

【0030】

光学的測定装置３には、数値解析装置５が電気的に接続され、数値解析装置５には、制御装置６が接続されている。数値解析装置５は、制御装置６内に組み込まれていてもよい。数値解析装置５は、算出された数値解析値を制御装置６に出力する。制御装置６は、例えば、受信した数値解析値に基づいて、汚水の凝集状態の良否を判定する判定装置として機能する。

【0031】

図２は、図１に示す光学的測定装置の構成を示す概略図である。図３は、図２に示すノズルの近傍を模式的に示す拡大図である。図２に示すように、光学的測定装置３は、分岐ライン７７の末端に連結されるノズル３０と、リターンライン７８の先端に連結される受け皿（受液部）３２と、備える。ノズル３０は、分岐ライン７７を流れてきた原液を下方に向けて流下させる部品であり、円筒形状を有している。受け皿３２は、ノズル３０の下方に、該ノズル３０から離間して配置されている。受け皿３２は、ノズル３０から流下された原液を受け取るための部品であり、図示した例では、漏斗形状を有している。

【0032】

図示されるように、監視装置は、光学的測定装置３を通過した汚水を凝集装置（の撹拌槽２）に戻すリターンライン７８を有している。リターンライン７８によって、汚水が撹拌槽２に戻されるので、光学的測定に使用された汚水によって周囲の環境が汚染されることが防止される。一実施形態では、リターンライン７８を省略して、光学的測定装置３を通過した汚水を、側溝、および回収タンクなどの廃棄設備に排出してもよい。

【0033】

本実施形態では、ノズル３０と受け皿３２は、鉛直方向に沿って配列されており、ノズル３０の中心軸線は、受け皿３２の中心軸線に一致する。ノズル３０と受け皿３２の間には、原液が流下する開放空間が形成される。したがって、原液はノズル３０から大気中に流下される。

【0034】

光学的測定装置３は、さらに、ノズル３０から流下した原液に光を照射して光学的測定値を取得する光学センサ３５を備えている。本実施形態では、光学センサ３５は、原液に向けて光を照射する光源（投光部）３５ａと、原液から出てきた光を検出する光検出器（受光部）３５ｂと、を備え、光検出器３５ｂに到達した透過光強度を測定する光学センサである。光源３５ａから照射され、フロックを含む原液を透過した光は、光検出器３５ｂによって検出される。この透過光強度を所定の時間の間測定し、測定された透過光強度を光学的測定値とする。

【0035】

数値解析装置５で算出された数値解析値は、制御装置６に送られる。制御装置６は、例えば、受信した数値解析値をディスプレイ（図示せず）に表示し、表示された数値解析値は、凝集装置の運転、および／または脱水機の運転に用いられる。数値解析値は、例えば、汚水の凝集状態の良否を判定するために用いられる。一実施形態では、数値解析値は、作業者が撹拌槽２に供給される凝集剤の注入率を決定および／または変更するために用いられてもよいし、作業者がスクリュープレス６０の運転条件（例えば、スクリューの回転速度など）を決定および／または変更するために用いられてもよい。一実施形態では、制御装置６が、数値解析値に基づいて、汚水の凝集状態の良否を判定してもよいし、凝集剤の適正な注入率を決定してもよいし、スクリュープレス６０の運転条件を決定してもよい。

【0036】

監視装置において、データロガー５０、数値解析装置５、および制御装置（判定装置）６は、それぞれ別個に設けられていてもよい。あるいは、データロガー５０および数値解析装置５は、１台のコンピューター、または１台のプログラマブルロジックコントローラ（例えば、シーケンサー）として構成される制御装置６に組み込まれていてもよい。

【0037】

次に、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、光学的測定装置３による懸濁物質を含む原液の透過光強度の測定例について説明する。図４（ａ）は、凝集剤の注入率が適正ではないために、フロックが原液に形成されていない場合の透過光強度の測定例を示し、図４（ｂ）は、凝集剤の注入率が適正であるために、フロックが原液に形成されている場合の透過光強度の測定例を示す。図４（ａ）および図４（ｂ）において、横軸は測定時間を表し、縦軸は透過光強度を表す。

【0038】

図４（ａ）に示すように、フロックが原液に形成されていないと、光源３５ａから照射された光は、懸濁物質に遮られて光検出器３５ｂまでほとんど到達しない。その結果、測定される透過光強度は、測定時間の経過と共に低い値で推移する。一方で、フロックが原液に形成されていると、懸濁物質はフロックとしてまとまっている。したがって、図４（ｂ）に示されるように、透過光強度の測定中、光源３５ａから照射された光がフロックに遮られて光検出器３５ｂまで到達しない時間と、フロックの隙間から光検出器３５ｂまで到達する時間とが存在する。結果として、透過光強度のピークが複数個計測される。この複数個のピークは、数値解析工程で利用される。

【0039】

光源３５ａの例としては、各種ランプ（水銀ランプ、キセノンランプ、クリプトンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプなど）、各種レーザ（固体レーザ、半導体レーザ、液体レーザ、気体レーザなど）、各種ＬＥＤなどが挙げられる。ＬＥＤは、市販の光学センサのうちで比較的高強度の光を照射できる光源であるため、光源３５ａは、好ましくは、ＬＥＤである。光検出器３５ｂの例としては、ＣＣＤ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光電子増倍管、光導電素子、赤外線光学センサ、ＣＭＯＳなどが挙げられる。いずれにしても、光学センサ３５として、市販品を用いることができる。

【0040】

本実施形態では、光学センサ３５は、ノズル３０から流下させた原液（汚水）に直接光を照射するといった簡単な機構で光学的測定値を取得することができる。すなわち、撹拌機で凝集剤と混合されることで形成されたフロック、およびフロックの形成に使用されなかった余剰の凝集剤などの異物によって汚染される部材が光学センサ３５のセンシングゾーンに存在しない。その結果、適切な光学的測定値を得るために従来必要とされた洗浄作業が発生しないので、光学センサ３５は、長期間安定して光学的測定値を取得することができ、数値解析装置５は正確な数値解析値を長期間安定して出力することができる。したがって、監視装置は、汚水の凝集状態を長期間安定してリアルタイムに監視することができる。

【0041】

光学センサ３５が適切な光学的測定値を取得するためには、ノズル３０から流下する原液が整流されている（すなわち、層流である）ことが好ましい。原液を効果的に整流させるために、本実施形態に係るノズル３０は、鉛直方向に延びるノズル本体３０ａと、ノズル本体３０ａの先端に連結される吐出部３０ｂと、を備える。ノズル本体３０ａの末端は、分岐ライン７７に連結されている。ノズル本体３０ａは、その内部に形成された原液の流路３０ｃを有している。吐出部３０ｂは、その内部に形成された吐出流路３０ｄを有しており、吐出流路３０ｄは、ノズル本体３０ａの流路３０ｃに接続される。吐出流路３０ｄの中心軸線は、流路３０ｃの中心軸線に一致している。

【0042】

ノズル３０の中心軸線に垂直な断面で見たとき、流路３０ｃと吐出流路３０ｄは、円形の断面形状を有している。さらに、吐出流路３０ｄは、流路３０ｃの直径ｄ１よりも小さい直径ｄ２を有している。すなわち、吐出部３０ｂは、ノズル本体３０ａに対して縮径部として機能する。

【0043】

発明者らの実験によれば、ノズル本体３０ａと吐出部３０ｂとから構成されるノズル３０は、ノズル本体３０ａのみから構成される（すなわち、吐出部３０ｂが省略された）ノズル３０と比較して飛躍的に向上された原液の整流効果を有していることがわかった。したがって、ノズル３０は、ノズル本体３０ａと、該ノズル本体３０ａに対して縮径部として機能する吐出部３０ｂとから構成されるのが好ましい。

【0044】

さらに、発明者らの実験によれば、吐出流路３０ｄの横断面形状（すなわち、吐出流路３０ｄの中心軸線に垂直な断面形状）は、円形であるときに最も原液の整流効果が高いことがわかった。また、吐出流路３０ｄの長さに相当する吐出部３０ｂの長手方向の長さＬが短くても、ノズル３０から流下する原液の整流作用にさほど影響がないこともわかった。例えば、吐出部３０ｂの長手方向の長さＬが３ｃｍであっても、ノズル３０から流下する原液が整流されていることがわかった。

【0045】

ノズル３０を流れる原液の流量も、原液の整流効果に影響を及ぼす。一般に、ノズル３０の吐出部３０ｂを流れる原液の流量が大きいほど、原液の整流効果が向上する。すなわち、吐出部３０ｂの内径（吐出流路３０ｄの直径）を小さくすることで、吐出部３０ｂを流れる原液の流量を増加させ、これにより原液の整流効果を向上させることが好ましい。そこで、市販の塩ビ配管のなかで最も内径が小さい呼び径１３Ａ（内径が１３ｍｍ）の塩ビ配管を吐出部３０ｂに用いることで、低コストで整流効果の高いノズル３０を提供することができる。

【0046】

なお、吐出部３０ｂの内径を小さくしすぎると、原液に形成されたフロックの性状（大きさ、形状、粘度など）次第で、吐出部３０ｂにフロックの詰まりが発生するおそれがある。そのため、吐出部３０ｂの内径は、原液の流量だけでなく、フロックの性状にも注意して選択すべきである。例えば、吐出部３０ｂの内径は、５ｍｍ以上であってもよいし、１０ｍｍ以上であってもよい。一般に、形成されるフロックの直径が数ｍｍ～十数ｍｍの範囲になる場合が多いことから、吐出部３０ｂの内径は、１３ｍｍ以上とするのが好適である。市販の塩ビ配管では、呼び径が１３Ａの配管の他にも、呼び径が１６Ａ、２０Ａ、２５Ａ、または３０Ａの配管を好適に用いることができる。

【0047】

ノズル３０から吐出した直後の原液が最も整流されている。そこで、図２および図３に示すように、光学センサ３５をノズル３０の吐出口の近傍に配置するのが好ましい。この場合、光学センサ３５は、ノズル３０から吐出された直後の原液に光を照射して光学的測定値を取得することができる。

【0048】

図２に示すように、光学的測定装置３は、ノズル３０と受け皿３２とを囲う箱３８を有していてもよい。ノズル３０から吐出した原液は、受け皿３２に到達するまで大気中を流下する。箱３８によって、原液の臭気が周囲に拡散することが防止される。さらに、図２に示す実施形態では、箱３８は、ノズル３０と受け皿３２だけでなく、光学センサ３５も囲っている。このような構成によれば、自然光、および風などの光学的測定値に影響を及ぼす外乱を排除することができる。

【0049】

凝集装置から排出配管２８を介してスクリュープレス６０に供給された汚水は、該スクリュープレスで圧搾され、ろ液とケーキとに分離される。図１に示されるスクリュープレス６０は、円筒状のスクリーンケーシング（ろ過筒）６１と、スクリーンケーシング６１内で、該スクリーンケーシング６１と同心状に配置され、液体含有物である汚水を所定の移送方向Ｄに移送するスクリュー（図示せず）と、スクリューを回転させる回転機構（図示せず）と、スクリーンケーシング６１を通過したろ液を回収するろ液受け６８と、ろ液受け６８に連結されたドレインライン６９と、備えている。

【0050】

スクリーンケーシング６１は、パンチングメタルなどのスクリーン（多孔板）から形成されている。スクリーンケーシング６１に投入された汚泥は、スクリューの回転によってスクリーンケーシング６１内を移送される。汚泥は、スクリーンケーシング６１内を移送されるに従って圧搾され、脱水される。スクリーンケーシング６１のスクリーンを通過したろ液は、スクリーンケーシング６１の下方に配置されたろ液受け６８によって回収され、ドレインライン６９を介してスクリュープレスから排出される。

【0051】

本実施形態では、上述した数値解析値がスクリュープレス６０の運転に用いられる。例えば、作業者は、数値解析値に基づいてスクリューの回転速度を決定および／または変更することができる。一実施形態では、数値解析値をスクリュープレス６０の制御装置に入力し、制御装置に、適切な含水率を有するケーキを得るためのスクリューの回転速度を自動で制御させてもよい。この場合、上述した制御装置６をスクリュープレス６０の制御装置として用いてもよい。

【0052】

図１に示す制御装置６は、取得した数値解析値に基づいて凝集装置に供給される凝集剤の注入率を自動で制御してもよい。以下では、制御装置６が凝集剤の注入率を自動で制御する方法が説明される。

【0053】

図１に示すように、制御装置６は、凝集剤注入装置４に接続されている。上述したように、光学的測定装置３から得られた光学的測定値は、数値解析装置５に送られる。数値解析装置５は、光学的測定値を数値解析し、数値解析値を取得する。得られた数値解析値は、制御装置６に送られる。制御装置６は、数値解析値に基づいて凝集剤の適正な注入率を決定する。

【0054】

数値解析値の例としては、光学的測定値の平均値、分散、標準偏差、ピーク面積、ピーク高さなどが挙げられる。光学的測定値の分散とは、光学的測定値を統計学的に解析した値であり、所定の測定時間の間に得られた光学的測定値の分布の散らばりの程度を示す量である。標準偏差は、分散の平方根の正の値である。ピーク面積は、縦軸が光学的測定値を表し、横軸が測定時間を表すグラフ上に、所定の測定時間の間に得られた光学的測定値をプロットして描かれた曲線と、基準線（例えばベースライン）とで囲まれた領域の面積である。ピーク面積は、例えば、図４（ｂ）でハッチングを付けられた領域の面積に相当する。ピーク高さは、縦軸が光学的測定値を表し、横軸が測定時間を表すグラフ上に、所定の測定時間の間に得られた光学的測定値をプロットして描かれた曲線のピークの横軸からの高さである。

【0055】

ある閾値以上の光学的測定値の個数、あるいは、ある閾値以下の光学的測定値の個数を、数値解析値としてもよい。数値解析装置５で、光学的測定値から、ＳＳ濃度、濁度、色度、フロック粒径などを算出し、これらを数値解析値としてもよい。ここで、フロック粒径とは、フロックが球形である場合には、フロックの直径を意味する。フロックが球形でない場合には、フロック粒径は、ストークス径、または各種測定方法によって測定された粒径を意味する。フロック粒径は、フロックの平均粒径であってもよい。平均粒径としては、算術平均径、最多径、中央径などが例示される。また、平均粒径は、個数基準であってもよいし、質量基準であってもよいし、体積基準であってもよい。

【0056】

光学的測定値からＳＳ濃度、濁度を算出する方法として、透過光測定方法などの公知の方法を用いることができる。光学的測定値から色度を算出する方法として、透過光測定方法などの公知の方法を用いることができる。光学的測定値からフロック粒径を算出する方法として、レーザ回折・散乱法、カメラで撮影した画像を画像解析する方法などの公知の方法を用いることができる。フロック粒径は平均フロック粒径でもよいし、フロック粒径の粒径分布でもよい。光学的測定を行うと共に、得られた光学的測定値からＳＳ濃度、濁度、色度、フロック粒径などを算出できる市販の測定装置を用いることができる。

【0057】

制御装置６は、原液への凝集剤の注入、原液の撹拌、光学的測定値の取得、光学的測定値に基づく数値解析を少なくとも１回行うことによって得られた、少なくとも１つの数値解析値から、凝集剤の適正な注入率を決定する。すなわち、制御装置６は、懸濁物質を含む原液に凝集剤を注入し、懸濁物質のフロック形成させるために当該原液を撹拌し、撹拌された原液に対して光学的測定を実施し、得られた光学的測定値を数値解析して数値解析値を取得する。さらに、制御装置６は、得られた数値解析値に基づき、凝集剤の注入率が適正か否かを判断し、注入率が適正でなければ、凝集剤の注入率を変更して、再度撹拌、光学的測定、および数値解析を繰り返し、適正な注入率を決定する。なお、凝集剤の注入率によっては、懸濁物質のフロックが形成されない場合がある。

【0058】

発明者らは、凝集剤の注入率とノズル３０から吐出される原液の流量とを変化させて、光学的測定値を測定し、得られた光学的測定値を数値解析し、得られた数値解析値と目視によるフロックの良否判定に相関関係があるか否かを確認する実験を行った。実験では、複数の汚泥に所定の凝集剤を複数の注入率でそれぞれ注入し、次いで、凝集剤が注入された各汚泥を撹拌翼の回転速度を１０８０ｍｉｎ^－１に設定して所定時間撹拌した。次いで、２０ｍｍの内径を有するノズル本体３０ａと、１３ｍｍの内径を有する吐出部３０ｂとから構成されるノズル３０から流下させた撹拌後の汚泥に光学センサ３５の光源３５ａから光を照射して、光学的測定値を取得した。さらに、得られた光学的測定値を数値解析して適切な凝集剤の注入率を決定した。汚泥の流下流量は、１．４７Ｌ／ｍｉｎに設定した。

【0059】

図５は、実験結果を示す表である。図５に示すように、光学的測定値の平均値、分散、および所定の閾値以上の光学的測定値の数である複数の数値解析値が、凝集剤の注入率が２．５％のときに最大値となることが分かった。これは、目視によって良好なフロックであると判定された凝集剤注入率と一致していた。したがって、上述した実施形態に係る光学的測定装置３によって得られた光学的測定値からフロックの良否を自動で判定可能であることがわかった。

【0060】

例えば、分散を数値解析値とする場合では、分散が１７．４以上の数値を示している場合に、制御装置は、凝集状態が良好であると判断することができる。同様に、作業者は、制御装置のディスプレイに表示される数値解析値から凝集状態の良否を判断することができる。

【0061】

図２に示すように、光学的測定装置３は、必要に応じて、撹拌された原液に希釈液を供給する希釈ライン５５を含んでいてもよい。希釈ライン５５は、分岐ライン７７に接続されており、希釈液を、撹拌後で光学的測定前の原液に供給する。希釈ライン５５には、図示しない希釈液供給バルブが配置されており、制御装置６が必要に応じて希釈液供給バルブの開閉動作を操作することで、撹拌後の原液への希釈液の供給を制御する。

【0062】

希釈液を撹拌後の原液に供給する目的は、撹拌された原液に含まれる懸濁物質の濃度および／またはフロックの濃度を低減させることである。懸濁物質の濃度が高い原液では、フロックが形成されたときの光学的測定値とフロックが形成されないときの光学的測定値に差が生じず、その結果、凝集剤の注入率の決定が困難な場合がある。例えば、光学的測定装置３が、懸濁物質の濃度が高い原液の透過光強度を測定する場合、凝集剤の注入率が適正でフロックが形成されても、フロック間の隙間がほとんど存在せず、図４（ａ）に示したように、透過光強度がほぼ一定になってしまう場合がある。これに対して、撹拌された原液を希釈液で希釈する場合、フロック間の隙間を増大させることができるため、フロックの隙間から光が透過し、図４（ｂ）に示されるように、透過光強度のピークが複数個計測される。この結果、フロックが形成されたときの透過光強度とフロックが形成されないときの透過光強度に差が生じ、適正な注入率を決定できる。希釈液としては、純水、水道水、工業用水、地下水、各種排水処理の処理水、海水などを用いることができる。

【0063】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0064】

１ 撹拌機
２ 撹拌槽
３ 光学的測定装置
４ 凝集剤注入装置
５ 数値解析装置
６ 制御装置
７ 供給装置
８ 撹拌翼
９ モーター
１０ 原液貯槽
１１ 凝集剤貯槽
１４ 脱水機
１８ 供給元管
２６ 凝集剤供給配管
２８ 排出配管
３０ ノズル
３２ 受け皿（受液部）
３５ 光学センサ
３５ａ 光源（投光部）
３５ｂ 光検出器（受光部）
３８ 箱
５０ データロガー
５５ 希釈ライン
６０ スクリュープレス（脱水機）
６１ スクリーンケーシング（ろ過筒）
６８ ろ液受け
６９ ドレインライン
７７ 分岐ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】